Реферат: Методи автоматичного контролю та оптимізації технологічних комплексів мокрої магнітної сепарації залізних руд
Реферат: Методи автоматичного контролю та оптимізації технологічних комплексів мокрої магнітної сепарації залізних руд
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ
УДК 621.926: 534.16
МЕТОДИ АВТОМАТИЧНОГО КОНТРОЛЮ ТА ОПТИМІЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ МОКРОЇ МАГНІТНОЇ СЕПАРАЦІЇ ЗАЛІЗНИХ РУД
Спеціальність:
05.13.07 - автоматизація технологічних процесів
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
ПОЛІНСЬКИЙ
Олександр Маркович
Дніпропетровськ - 2007
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрі економічно кібернетики та інформаційних технологій Національного гірничого університету (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Кочура Євген Віталійович, Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри економічної кібернетики та нформаційних технологій.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Слєсарєв Володимир Вікторович, Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, декан факультету інформаційних технологій, завідувач кафедри системного аналізу та управління; доктор технічних наук, професор Назаренко Володимир Михайлович, Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри iнформатики, автоматики i систем управлiння.
Провідна установа: Донецький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра автоматизованих систем управління.
Захист відбудеться "17" травня 2007 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 з захисту дисертацій при Національному гірничому університеті Міністерства освіти науки України за адресою:
49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19, тел. (0562) 47-24-11.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотец Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19.
Автореферат розісланий "___" _____________ 2007 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, О.О. Азюковський к. т. н.
Загальна характеристика роботи
Вступ. Відповідно до головних напрямків розвитку науки й техніки, затверджених Законом України про основи державної політики у сфері науки і науково-технічної діяльності, автоматизація технологічних процесів і енергоресурсозбереження - одна з найважливіших складових технічного прогресу.
Сировинною базою розвитку чорної металург України є гірничо-збагачувальні комбінати з виробництва залізорудного концентрату. Підвищення ефективності гірничо-металургійного виробництва нерозривно пов'язано з підвищенням якості залізорудного концентрату, зниженням собівартості його виробництва, розв’язанням проблем енергоресурсозбереження. Ц задачі неможливо вирішити без автоматизації основного технологічного процесу збагачення залізних руд - магнітної сепарації.
Актуальність теми. Системи автоматичного контролю та управління, що застосовуються у технологічних комплексах мокрого магнітного збагачення, обмежені використанням технічно складних пристроїв з малим терміном служби. Про ефективність усереднення руди судять з результатів аналізу технологічних проб руди у лабораторії. Однак сучасні технології вимагають автоматизації контролю результатів усереднення або за текстурними властивостями руди (крупність, твердість), або за структурними (масова частина заліза). Методи автоматичного технічного контролю магнітних сепараторів на збагачувальних фабриках практично відсутні, а про їх технічний стан судять з результатів огляду в період планово-попереджувальних ремонтів або після їх відмови. Разом з цим застосування магнітного сепаратора як пілотного апарата, що викону технологічну та інформаційну функції, спроможне вирішити ці проблеми. Перешкодою в цьому напрямку є різноманітність технологічних схем мокрого збагачення, як застосовуються на магнітозбагачувальних фабриках, що вимагає розробки спеціальних методів автоматичного контролю й оптимізації комплексів магнітно сепарації, де окремі сепаратори з'єднані відповідно до технологічної схеми збагачення.
Розв’язання задач автоматичного контролю й оптимізації таких комплексів за електричними змінними магнітних сепараторів забезпечує вирішення таких актуальних питань автоматизації збагачувальних фабрик України, як: підвищення ефективності управління процесами магнітного збагачення руд; зниження витрат електроенергії; зниження втрати заліза у хвостах; підвищення якості концентрату; підвищення виходу концентрату. У зв'язку з цим тема дисертації є актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень, що проведені у Національному гірничому університеті за держбюджетними тематиками "Розробка програмно-технічного комплексу автоматизації гірничого виробництва" (державна реєстрація № 0101U005688), "Інтелектуальні засоби автоматизованого діагностування гірничого обладнання" (державна реєстрація № 0105U000523) і "Автоматизація процесів рудопідготовки та збагачення руд на основі використання принципу пілотного апарата" (державна реєстрація № 0106U008092), де автор брав участь як виконавець.
Мета і задачі наукового дослідження. Метою дисертації є розробка методів автоматичного контролю й оптимізації технологічних комплексів мокрого магнітного збагачення залізних руд за сигналами активної потужності приводних електродвигунів барабанів магнітних сепараторів.
Для досягнення означеної мети в роботі вирішувалися наступн задачі:
дослідження технологічних комплексів мокрого магнітного збагачення залізних руд як об'єктів автоматичного контролю. Визначення статичних та динамічних характеристик цих комплексів, а також статистичних характеристик збурень на процес магнітної сепарації;
розробка методу автоматичного контролю результатів рудопідготовки;
розробка методу автоматичного контролю технічного стану магнітного сепаратора;
наукове обґрунтування методу автоматичного контролю та управління фронтом магнітного збагачення (або кількістю паралельно працюючих сепараторів) за сигналами активної потужності електродвигунів сепараторів;
розробка і наукове обґрунтування методів автоматичного контролю оптимальних технологічних режимів роботи комплексів магнітної сепарації з перечищенням проміжного продукту збагачення, з перечищенням хвостів, а також з паралельно працюючими магнітними сепараторами.
Об’єктом дослідження є процес мокрої магнітної сепарації залізних руд.
Предметом дослідження є методи автоматичного контролю й оптимізац технологічних комплексів мокрої магнітної сепарації залізних руд.
Методи дослідження. У процесі виконання роботи застосовувалися наступні методи досліджень: аналіз узагальнення науково-технічної інформації передових досягнень науки та виробництва - для постановки мети і задач дослідження; спектральний аналіз - для дослідження сигналів активної потужності приводних електродвигунів барабанів магнітних сепараторів з метою обґрунтування методів автоматичного контролю технологічних комплексів магнітного збагачення; методи математично статистики, кореляційного і регресійного аналізу - для експериментального визначення статичних характеристик магнітних сепараторів; методи теор автоматичного управління - для розрахунку параметрів настроювання та дослідження систем автоматичної оптимізації технологічних комплексів магнітного збагачення залізних руд.
Математичні розрахунки виконувались на персональному комп’ютері з використанням програми Microsoft Excell.
Наукові положення.
1. Використання відносного зсуву двох статичних характеристик залежності активної потужності, споживано електродвигунами двох паралельно працюючих магнітних сепараторів, від густини зливу пульпи класифікатора забезпечує реалізацію диференціальної системи екстремального регулювання процесами механічної класифікації та магнітно сепарації, що, на відміну від використання статичної характеристики одного сепаратора, забезпечує роботу системи без пошукових коливань і підвищення якості екстремального регулювання та кількості витягнутого магнітного продукту.
2. Непрямою характеристикою технологічних частот коливань масової частини заліза у збагачуваній руді є різниця двох множин технологічних частот коливань спектральних щільностей центрованих випадкових процесів зміни у часі сигналів активної потужності приводних двигунів магнітного сепаратора й спірального класифікатора, працюючих у першій стадії збагачення, що, на відміну від контролю технологічних частот спектральної щільності сигналу активної потужності тільки магнітного сепаратора, забезпечує автоматичний контроль ефективності усереднення руди за масовою частиною заліза.
3. Перевищення активної потужності, споживано електродвигуном барабана магнітного сепаратора, технологічно припустимого рівня вказує на розгерметизацію барабана сепаратора, що, на відміну від контролю стану сепаратора під час його ремонту, забезпечує автоматичний контроль за станом сепаратора як елемента системи екстремального регулювання процесами механічно класифікації та магнітної сепарації.
Новизна отриманих результатів:
уперше визначено, що критерієм оптимізац роботи технологічного комплексу з паралельно працюючими магнітними сепараторами різниця сигналів активної потужності приводних електродвигунів двох магнітних сепараторів з різною густиною пульпи, що, на відміну від загальновизнаного методу використання сигналу одного сепаратора, забезпечує підвищення якост автоматичної оптимізації технологічного комплексу за витягнутим магнітним продуктом;
одержали подальший розвиток дослідження формування спектральних щільностей сигналів активної потужності електродвигунів механічних спіральних класифікаторів та магнітних сепараторів. Установлено, що максимуми спектральної щільності центрованих випадкових процесів технологічних коливань масової частини заліза та крупності і твердості в збагачуваній руд відповідають максимумам спектральної щільності центрованих випадкових процесів технологічних коливань сигналу активної потужності приводного електродвигуна магнітного сепаратора, що забезпечує використання цієї нової закономірності при автоматичному непрямому контролі результатів усереднення руди за масовою частиною заліза;
установлено, що максимум спектрально щільності центрованих випадкових процесів коливань крупності і твердост збагачуваної руди та максимум спектральної щільності центрованих випадкових процесів технологічних коливань сигналу активної потужності приводного двигуна спірального класифікатора мають однакову частоту, що забезпечує використання цієї нової закономірності для автоматичного непрямого контролю результатів подрібнення й усереднення збагачуваної руди за крупністю і твердістю;
уперше встановлено, що при потраплянні пульпи у середину барабана магнітного сепаратора в результаті розгерметизації активна потужність приводного електродвигуна сепаратора різко збільшується, а при затиранні барабана сепаратора у спектральній щільності центрованого випадкового процесу коливань сигналу активної потужності з'являється максимум на частот обертання барабана сепаратора. Це забезпечує використання цих нових закономірностей для технічного контролю стану магнітних сепараторів.
Практичне значення одержаних результатів:
застосування розробленої диференціально системи автоматичної оптимізації процесів механічної класифікації та магнітно сепарації забезпечує без пошукових пробних коливань підтримування максимально продуктивності комплексу магнітної сепарації за витягнутим залізом і зменшення дисперсії коливань масової частини заліза в концентраті, а також зниження питомої витрати електроенергії на 5% й підвищення вмісту заліза в концентрат на 1,6%;
використання розроблених методів автоматичного контролю технічного стану працюючих магнітних сепараторів забезпечу оперативність виявлення, відключення й ремонту несправних магнітних сепараторів, що скорочує час простою технологічного устаткування і підвищу продуктивність збагачувальної фабрики;
застосування вбудованих у магнітні сепаратори систем автоматичного контролю, заснованих на розроблених методах, розширю функціональні можливості промислових магнітних сепараторів, підвищує їх технічний рівень і конкурентоспроможність;
автоматичне управління кількістю паралельно працюючих магнітних сепараторів, що являють собою фронт магнітної сепарації, збільшує ефективність оперативно-диспетчерського управління процесами магнітно сепарації при коливаннях продуктивності подрібнювальних агрегатів фізико-механічних властивостей збагачуваної руди, що підвищує вихід концентрату на 2%;
очікуваний річний економічний ефект від використання результатів дисертації становить сто тисяч гривень на одну секцію збагачення.
Впровадження результатів роботи:
За результатами дисертації розроблені технічн пропозиції, методики та рекомендації з автоматичного контролю й оптимізац технологічних комплексів магнітної сепарації, що використані ВАТ "Проектний проектно-конструкторський інститут "Металургавтоматика" при розробці АСУТП збагачувальної фабрики Інгулецького ГЗК. Це підвищило ефективність систем автоматичного контролю й оптимізації процесів магнітно сепарації та надійність інформаційного забезпечення, спростило структуру комплексу технічних засобів, скоротило терміни розробки та витрати на створення АСУТП.
Дніпромашзбагачення використав результати дисертації при проектуванні магнітних сепараторів із вбудованою системою автоматичного контролю технічного стану. Це розширило функціональні можливост промислових магнітних сепараторів, підвищило їх технічний рівень конкурентоспроможність.
На Інгулецькому ГЗК дані технічні пропозиції, методики та рекомендації використані при автоматичному контролі технічного стану магнітних сепараторів, управлінні фронтом і оптимізації процесів магнітної сепарації, що забезпечило зниження питомої витрати електроенергії на тонну залізорудного концентрату, а також підвищення виходу, якості й стабільності концентрату.
Особистий внесок здобувача. Усі наукові положення та результати, що виносяться на захист, отриман автором самостійно. Здобувач брав участь у проведенні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів методами математичної статистики, упровадженні результатів роботи в промисловість.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на наступних науково-технічних конференціях: "Інтегровані системи управління в гірничо-металургійному комплексі" (м. Кривий Ріг, 2006); 10-й ювілейній міждержавній науково-методичній конференції "Проблеми математичного моделювання" (м. Дніпродзержинськ, 2006); 13-й міжнародній конференції з автоматичного управління "Автоматика-2006" (м. Вінниця, 2006).
Публікації. За матеріалами досліджень, виконаних у дисертації, опубліковані 6 статей у фахових журналах і збірниках наукових праць та 2 тези доповідей на науково-технічних конференціях.
Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи - 158 сторінок, із них 137 сторінок - основний текст.д.исертація містить 63 рисунки, список використаних джерел із 152 найменувань і 2 додатки.
Основний зміст роботи:
У вступі відзначено, що питаннями автоматизації технологічних процесів на збагачувальних фабриках присвячені роботи вчених: Барського Л.А., Бунько В.А., Власова К.П., Воронова В.А., Зобніна Б.Б., Качана Ю.Г., Козіна В.З., Кочури Є.В., Марюти О.М., Младецького І.К., Нестєрова Г.С., Процуто В.С., Тіхонова О.М., Тропа А. Є., Ульшина В.А., Хорольского В.П., А. Лінча, Д. Гільберта, Д. Хербста.
Обґрунтована актуальність і доцільність роботи, наведений зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульована мета, задачі досліджень, викладені наукова новизна, практичне значення та реалізація результатів дисертаційних досліджень, зазначений особистий внесок здобувача, наведена апробація отриманих результатів публікацій.
У першому розділі проведений літературний огляд і аналіз технологічних схем, процесів та апаратів магнітної сепарації з позицій задач управління. Розглянуті існуючі методи, технічні засоби і системи автоматичного контролю й оптимізації процесів магнітної сепарації залізних руд. Аналіз сучасного стану управління процесами магнітної сепарації продемонстрував, що до нинішнього часу:
